酶标仪分光光度检测光学系统及其光阑和滤光片轮

摘要

本发明公开了一种酶标仪分光光度检测光学系统，它包括沿光路顺次分布的复色光光源、透镜、滤光片轮、光纤传光束、光比色单元、光电探测器及控制和信号处理单元，该滤光片轮包括可转动的转轮及安装在该转轮上的至少一个长波滤光片和至少一个短波滤光片，且该长波滤光片面向透镜的前表面贴有光阑，该光阑设有离散分布的多个孔。通过在光阑上设置离散分布的多个孔，可以对应来自不同视场的光线，使不同视场的光线均参与成像，从而保证了像面上光斑的均匀性；通过在长波滤光片前加光阑，使长波和短波光信号的能量实现匹配。

说明书

技术领域

本发明是关于一种酶标仪分光光度检测光学系统。

背景技术

在酶标仪分光光度检测光学系统中，需要保证光电转换后的模拟信号要和检测电路的ADC量程相匹配，而长、短波长的光信号能量相差较大(达到20倍)，但是由于长、短波长共用相同的电路处理模块，所以电路无法调节这种长、短波长能量上的差异；同时，酶标仪系统的光比色部分为多个比色通道，经过匹配后的光路系统的像面光斑要求均匀，以保证多个通道输出的一致性。

为了解决上述问题，需要对光路的多个波长的光信号的能量进行匹配，使其输出相当，现有的匹配方法包括如下两种：

1)不调整光信号输出的能量，而调节检测电路模拟通道的增益来实现各波长的光电转换后的信号和检测电路的ADC量程匹配，但增益调节越大会导致电路的噪声越大，从而导致检测精度的下降；

2)调整光信号输出的能量，使各波长能量输出基本一致，以减小检测电路模拟通道增益的调节幅度，从而减小因为增益调节过大而引入过大的电路噪声，以提高检测的精度，其具体实现的方式有：采用冷反射镜、加衰减片、采用能量匹配型滤光片及采用中心开孔的光阑。

但是，现有的四种调整光信号输出的能量的方式分别具有如下缺点：

1)光路中采用冷反射镜的方案一般是将光路转折90度，冷反射镜呈45度放置，这样对空间有一定的限制，且冷反射镜的参数需要根据光路各波长能量反复调整，成本较高且有较大失效风险；

2)滤光片前加衰减片的方案需要另外匹配相应的衰减片，增加制造成本；

3)使用能量匹配型滤光片将增加镀膜工艺的难度，且低透过率滤光片失效风险较大；

4)中心开孔的光阑的方案像面光斑不均匀、边缘能量小，无法保证每个光纤分束分得的能量均匀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够实现不同波长光信号能量的匹配及保证像面光斑均匀的酶标仪分光光度检测光学系统、光阑及滤光片轮。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该酶标仪分光光度检测光学系统包括沿光路顺次分布的复色光光源、透镜、滤光片轮、光纤传光束、光比色单元、光电探测器及控制和信号处理单元，该滤光片轮包括可转动的转轮及安装在该转轮上的至少一个长波滤光片和至少一个短波滤光片，且该长波滤光片面向透镜的前表面贴有光阑，该光阑设有离散分布的多个孔。

所述的光阑的各孔中，一个孔位于该光阑的中心，其它各孔均关于该中心对称分布。

所述的短波滤波片的通光面积与长波滤光片前光阑各孔的面积之和的比值等于该长波和短波光信号的输出比。

所述的长波滤光片和短波滤光片均嵌入安装在该转轮的安装孔中，且该长波滤光片和短波滤光片同圆周分布。

该酶标仪分光光度检测光学系统的光阑离散分布有多个孔。

该酶标仪分光光度检测光学系统的滤光片轮包括可转动的转轮及安装在转轮上的至少一个长波滤光片和至少一个短波滤光片，且该长波滤光片面向透镜的前表面贴有光阑，该光阑设有离散分布的多个孔。

本发明的有益效果是，通过在光阑上设置离散分布的多个孔，可以减小边缘视场的渐晕，从而保证了像面上光斑的均匀性；通过在长波滤光片前加光阑，使长波和短波光信号的能量实现匹配。

附图说明

图1是本发明酶标仪分光光度检测光学系统的光路示意图。

图2是本发明滤光片轮的转轮的剖面图。

图3及图4均是本发明滤光片轮的剖面图。

图5是本发明光阑的剖面图。

具体实施方式

请参阅图1至图5，本发明酶标仪分光光度检测光学系统包括复色光光源1、透镜2、滤光片轮3、光纤传光束6、光比色单元7、光电探测器8及控制和信号处理单元9。该复色光光源1为卤钨灯，其用于产生复色光。该透镜2位于该卤钨灯1和滤光片轮3之间。滤光片轮3包括转轮31及多个滤光片4。该转轮31由步进电机驱动而可绕自身轴线旋转，且该转轮上同圆周均匀分布有多个安装孔32。该滤光片4有多个，其数量最多与安装孔32的数量一致。该滤光片4包括多个长波滤光片41和多个短波滤光片42，且各滤光片41、42均嵌入安装在该转轮对应的安装孔32，该滤光片的数量根据需要选择的波长数来确定。该长波滤光片41面向透镜2的前表面紧贴有光阑5，该光阑5离散分布有多个孔，根据软件仿真和试验结果得知较佳的孔分布方式为：一个孔51位于该光阑的中心，其它的孔52相对该光阑中心对称分布。该短波滤光片42的前表面不需要加光阑。该光纤传光束6为现有结构，其由该酶标仪检测系统的需求决定，多通道酶标仪均采用一分八的光纤束。该光比色单元7为现有技术。该光电探测器8为现有技术，其用于将光信号转换为电信号。该控制和信号处理单元9用于对接收的电信号进行前置放大、模数转换等，然后计算出吸光度值。

该光学检测系统的工作原理如下：卤钨灯1发出的复色光10经透镜2后，经光阑5进行能量匹配(该能量匹配指该光阑将强光束中的一部分光遮挡)，透过光阑的光束通过滤光片4进行波长选择，经选择后的单色光11会聚到一分多的光纤传光束6的大端，单色光分束后传递到光比色单元7各通道进行比色，经过比色溶液吸收后的单色光由光电探测器8转化为电信号，这个电信号传递到控制和信号处理单元9进行信号处理和计算，以得出吸光度值。多个波长的选择采用滤光片轮3切换滤光片来实现，当需要某个波长时，通过步进电机驱动滤光片轮旋转而将相应的滤光片切换到光路中。

本实施方式中，一个转轮可安装八个滤光片，每个长波滤光片前均可安装一个光阑，该光阑具有五个孔。由于短波波长的光信号的能量较弱，所以在短波滤光片前可不安装光阑。

本实施方式中，当复色光充满短波滤光片前的通光孔33(为安装孔32的一部分)时，长波滤光片前的光阑的孔的孔径大小可以按如下方式计算：设短波滤光片前的通光孔的面积为A，长波能量为短波能量的B倍(包括滤光片透光率的因素)，则该长波滤光片对应光阑的五个孔的总面积为A/B，各个孔的面积为A/(5B)；如果复色光未充满滤光片前的通光孔，则五个孔的总面积相应增大。

本发明中，因为光阑的孔离散分布，可以减小边缘视场的渐晕，可以兼顾不同视场的光线；因为同一复色光束中，长波能量强，短波能量弱，在长波滤光片前加光阑衰减其能量，从而使长波能量和短波能量相当；因为不同视场的光线均参与成像，所以光纤传光束大端的像面光斑均匀。另外，光阑制造成本低且不易失效，方便维护。

本发明中，该光学系统采用不同的复色光光源时，成像光斑的大小和形状会有所不同，根据实验结果，适当调整光阑各孔的数量、大小及各孔的相对位置，以使能量得到衰减和像面光斑均匀为最终标准。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。